《人造大理石生产过程控制系统的硬件设计(共24页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人造大理石生产过程控制系统的硬件设计(共24页).doc（24页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上人造大理石生产过程控制系统的硬件设计本研究的是一种工业现场使用的人造大理石生产过程控制系统，实现了对沿线电机、振荡器、真空泵、感应加热电源等的控制，添加了闭锁控制，采集系统运行中包括压力和温度等参数并进行反馈调节等。为了保证系统的稳定性和通信能力，主站采用57-300系列PLC作为控制器。考虑到经济因素和对控制对象实现精确控制等情况，最终选择S7-200系列PLC作为系统分站控制器。四个分站通过通信电缆与主站实现通信，构成人造大理石生产过程控制系统。系统的设备连接示意图如图1所示。 图1设备连接示意图 由于生产现场设备复杂，系统设计现场层设备通过6芯橡套软电缆与主站和
2、分站PLC连接。24V,GND为沿线现场层设备提供工作电压;闭锁线提供沿线闭锁信号，在闭锁状态下实现系统快速停机;CANH, CANL是负责传递通过CAN总线的数据，它们建立了监控层与现场层之间的联系。1、系统主站的硬件结构与组成 PLC作为控制器是整个生产过程控制系统的核心，在系统的运行中起着“大脑”的作用，它的稳定性以及通信、运算速度直接关系到操作系统在现场的工作性能。通过总线通信方式，主站和分站建立起直接的数据交流，这就要求主站的通信能力和数据处理能力要强;带动分站对异步电机、振荡器、真空泵、超音频感应加热电源、变频器等设备的运行进行命令的发送与数据接收等相关的操作;同时将采集到的压力和
3、温度等模拟量显示在上位机上;现场工作环境较复杂，这对主控站的抗干扰能力提出了较高的要求。综合上述技术要求，选择西门子公司研发生产的57-300系列PLC。系统的CPU选用314C-2DP，它集成了数字量和模拟量的输入和输出端口，能够符合本系统技术要求的点数和扩展需求。该CPU具体的参数如下:它配置了一个9针的MPI接线端口和一个9针DP接线端口。其中通过MPI端口，CPU可以将自身的总线数据，例如波特率、奇偶校验等，自动进行传递。然后，编程器通过自动查找，检测到相应的参数，进而与MPI网络建立连接，其缺省传输速率为把主站的硬件安装在标准导轨上，通过软件StepV5.4，对硬件进行组态。首先，利
4、用StepV5.4对模块的组态和软件的编制。在软件中建立新项目，并插入新对象一SIMATIC 300站点。双击SIMATIC300对象，就会自动弹出它的配置窗口。选择RACK-300，配置系统模块。 图2配置机架界面其次，对控制器进行配置，然后保存，如图2所示。 图3 CPU参数设置再次，设置CPU参数，如图3所示。要保证MPI与后面PG/PC接口设置的波特率一致，时钟存储器设定为0。在载入程序之前，要对PG/PC接口进行设置。在SIMATIC主界面选择选项一设置PG/PC接口，弹出设置窗口如图4所示。通过USB-MPI适配器进行下载操作。进入PC Adapter (MPI)的属性窗口，如图5
5、所示。PC默认地址为0，本地连接选择USB。图5本地连接端口设置经过实验室的模拟实验，系统能够实现既定的技术要求，运行稳定。当系统检测到温度超出设定范围时，能够自动进行反馈调节;当出现故障时，系统能够及时停机。2配料分站的硬件设计2. 1控制对象和I/0分配配料分站控制器采用西门子CPU 226模块，扩展模块包括数字量混合模块EM223和模拟量混合模块EM235各一个。控制对象是带动配料车、上料斗、搅拌机、皮带等设备运行的三相异步电机。PLC通过检测限位开关和内部定时程序控制电机的起停和正反转，实现精确的过程控制。同时实时采集配料车和皮带下方的压力传感器的信号，并在触摸屏上显示重量。CPU对采
6、集的信号通过程序设定完成逻辑运算和模拟数学计算后，可以发送运行后的输出指令，实现分站系统对设备的控制。配料分站硬件结构如图6所示。 图6配料分站硬件结构配料分站的I/O分配如表1所示。表1配料分站I/O配置表2.2压力信号采集与处理配料分站涉及到的压力信号来自于配料车和皮带下方安装的电阻应变式压力传感器。压阻式应变传感器的主要结构部件是电阻应变片，它是检测被测体上的应变变化，并将其转换成为电信号的敏感器件。当载体承受外力发生应力型变时，电阻应变片随之发生形变，进而改变其阻值，加在电阻两端的电压也呈现出相同的变化趋势。由于此类器件在受力时其阻值改变比较小，所以大多采用组成应变电桥的方式，并通过后
7、续的放大器进行放大后传输给执行机构或者通过A/D转换和CPU处理后显示。配料车和皮带下方的传感器量程为20kg，外加SV工作电压，满量程输出为5mV。由于PLC接收的电压模拟量输入的范围是0-5V，而压力传感器输出的电压信号太小，不能达到AD的采样精度，所以还要对其做放大处理。压力信号处理电路如图7所示。传感器输出的正负差模信号分别接入R2和R1端，由V21端输出PLC能够接收的0-5V模拟量。 图7压力信号处理电路EM 235 CN模块是模拟量输入/输出混合模块，最大输入电压:30VDC。单极性的全量程范围:-32000-+32000;双极性的全量程范围0-32000。该模块的量程有多个档位
8、，可通过DIP开关进行设置。开关1到6可选择模拟量输入范围和分辨率。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。其中，开关SW6可改变模拟量输入的极性，当SW6为ON时，代表单极性;反之，代表双极性。开关SW4和SWS代表模拟量的增益选择。开关SW1,SW2,SW3可确定模拟量范围。DIP开关状态与模拟量极性和量程之间的对应关系如表2所示。本系统选择单极性，0-5V模拟量输入，对照上表可知，开关SW1的状态为On;SW2的状态为OFF;SW3的状态为OFF;SW4的状态为OFF;SWS的状态为OFF;SW6的状态为ON。表2 DIP开关状态与模拟量极性和量程的对应关系3搅拌分站的硬件设计搅拌分
9、站控制器采用西门子CPU226模块，扩展模块是一个模拟量混合模块EM2350控制对象是带动旋转托盘、搅拌爪、刮板机、中心活塞、对辊机、皮带等设备运行的三相异步电机。PLC通过检测限位开关和内部定时程序控制电机的起停和正反转，实现精确的过程控制。同时实时采集配料车和皮带下方的压力传感器的信号，并在触摸屏上显示重量。CPU对采集的信号通过程序设定完成逻辑运算和模拟数学计算后，可以发送运行后的输出指令，实现分站系统对设备的控制。配料分站硬件结构如图图8搅拌分站硬件结构搅拌分站的I/O分配如表8所示。表3搅拌分站I/O配置表 搅拌分站涉及到的压力信号来自于旋转托盘和皮带下方安装的电阻应变式压力传感器。
10、传感器量程为SOkg，外加SV工作电压，满量程输出为5mV。其压力信号处理电路和配料分站相同。4定型分站的硬件设计4.1控制对象和I/0分配定型分站控制器采用西门子CPU226模块，扩展模块包括数字量混合模块EM223和模拟量混合模块EM235各一个。控制对象包括带动皮带、切纸机、布料车等设备运行的三相异步电机和真空泵、振荡器等设备。PLC通过检测限位开关和内部定时程序控制电机的起停和正反转，实现精确的过程控制。同时通过单相旋转编码器实时采集切纸机的电机的信号，并在触摸屏上显示振荡器的工作时间。CPU对采集的高速脉冲信号进行逻辑和数学计算后，发出相应的控制指令，调整切纸机的速度链，以满足生产工
11、艺的要求。实现了对分站系统中的所有设备进行合理的联锁和顺序控制。配料分站硬件结构如图3.9所示。定型分站在整套生产工艺起到重要作用。为了满足加压成型的技术要求，选择型号为VRD-30的30升60Hz工业真空泵两台，抽速为10L/s，采用三相380V供电，功率为1.1KW。转速为1720rpm,可达到10吨。定型分站的基本满足生产需要。振荡装置为厂家定制的10振荡器加压装置，最大压I/O分配如表4所示。表4 定型分站I/O配置表图9定型分站硬件结构4. 2切纸机的硬件设计切纸机是人造大理石生产过程必不可少的一个环节，在石板从布料到成型工艺中起到隔离、保护皮带以及平整布料表面、平均受力的作用。在真
12、空振荡器落下罩住物料之前，必须要经过红外位置检测。如果物料顶层和底层的纸张与物料模具差值超出允许的范围，就会造成红外位置检测的不准确以及真空罩密封的不严密，最终导致板材不成型或者成型后强度不能达到质量要求，甚至引发生产事故，危及操作人员人身安全。因此，设计一套完整的精密的切纸设备是工艺流程中至关重要的一个环节，是提高生产效率和保证人身安全的保障。根据实际生产的需要，本文采用双刀辊式切纸机的结构，并设计控制方案。切纸机按如下工作原理对速度链进行控制:在其分布式的传动过程中，各个相邻的传动点间的速度要按照一定的比例进行，只能本级和本级以后的各传动点才会在车速调整过程中受到相互之间的影响，前面各传动
13、的速度将不会受到干扰，这样便形成了速度链。即:后一级的传动点通过对上一级速度信号进行调整后并接收，再传给下一级，以此类推，形成一个链式的结构状。设计系统中对速度链控制采取PLC全数字化控制思想，系统中的8个传动点的控制，通过对现场的操作台的控制方式来实现，PLC接收到操作处理信号，之后发送给相对应的变频器，变频器接收到传动点的执行信号，开始执行调节工作，从而实现变频器系统的控制功能。具体的控制功能如下:1）起动/停止:即控制本部分变频器的起停;2)紧急停车:紧急停车功能。即存在人身安全等危险时方可使用;3)单动/联动:按照要求的负荷对各传动点的单动/联动控制进行分配。4)切长设定:设置切纸长度
14、。5)切长校准:当切纸的长度与其原始设置存在误差时，通过送切纸辊和纸辊的速比的调节，使纸的长度符合生产要求。图10为普通双刀切纸机的基本工作流程，首先原纸卷经过弧形辊，再被送入到纵切机构，按照纸页要求的产品规格实行纵向的切割，纸页被处理后在由1号送纸辊，之后，需要下行的部分进入1号切刀切纸，剩余的送到2号送纸辊，进行2号切刀切纸。 图10切纸机结构图PLC主要对变频器的速度设定和调节采取控制，即模拟、逻辑运算在其内部完成后，各传动点控制器便接收到信号，同时变频器的工作状态和报警等信号也发送到PLC。系统采用RS485,CAN总线，进行变频器和PLC之间的信息收发。本系统还设有人工的手动智能调节
15、，即通过操作台的触摸屏，进行系统的控制。借助9针的通讯线可以实现它与PLC间的通讯连接。图11为系统的结构图。 图11切纸机控制系统结构图 切纸机的传动部分包括弧形辊、纵切刀、传送带、送纸辊和切刀(横切)，纸张的舒展，打皱的预防工作由弧形辊完成，弧形辊的速动等同或稍快于纸页的速度;通常纵切刀的速度约为纸页速度的1.2倍。系统对以上三个部分的控制要求相对较低，其控制方式以变频传动控制便可实现，以速度链式的方式与主传动形成速度差值控制，即可达到控制规定。切刀和送纸辊间采用精度较高的速比控制，即保证切长在误差范围内。变频传动为本设计中送纸辊、切纸刀的控制方式。 (1)主控配置 系统设计的传动点共8个
16、。即弧形辊、纵切刀、1#传送带和2#传送带、1#切刀和2#切刀、1#送纸辊和2#送纸辊，它们均以变频传动PID控制的方式;以达到这些数据通讯的要求对系统的PLC选择配置。PLC主要以控制的方式对其速度的进行设定与校准，将在其内完成不同运算后的信号分送给不同的传动点控制器，同时，控制器的工作状态也会回馈给PLC。以RS-485方式进行变频器和PLC间联系，这就完成了以操作终端以触摸屏的方式、数字化的、高速的、通讯网络系统。 (2)系统操作与控制 以PLC全数字速度链控制为控制方式，用PLC对在触摸屏上设置的操作按钮，即对应传动点的切长设定、校准，速度增加、减少，爬行/运行等操作信号分析处理，由变
17、频器执行对应传动点的信息，成功完成对全部传动点的控制。具体控制功能如下:1)起动/停止功能:即控制本部分变频器的起停;2)紧急停车功能:紧急停车功能。即存在人身安全等危险时方可使用。3)单动/联动功能:按照要求的负荷对各传动点的单动/联动控制进行分配;4)切长的设定:设置切纸长度。5)切长的校准:当切纸的长度与其原始设置存在误差时，通过送切纸辊和纸辊的速比的调节，使纸的长度符合生产要求。 (3)故障显示等进线电流由变频器的进线配电流互感器指示，变频器的输出电流由操作台上安装的直流电压表来指示。这两者是不同的，不能互换。这样就使现场布线和调试大大简化，可靠性也因此提高。系统的触摸屏上设有运行、故
18、障指示，各传动点的车速、工作电流都能够实时的显示。切纸机的切刀和送纸辊间的控制实际上是在切纸机控制中精度极高的速比控制方式，电机速度的控制用给定信号的频率的控制便能轻松地实现。 ABBCS8性能相对较好，符合本设计对变频器的要求。速度链的分析如下:在其分布式的传动过程中，各个相邻的传动点间的速度要按照一定的比例，只能本级和本级以后的各传动点才会在车速调整过程中受到相互的影响，前面各传动的速度不会受到干扰，这样便形成了速度链，即:后一级的传动点通过对上一级速度信号进行调整后接收再传给下一级，以此类推，形成一个链式的结构状。在控制过程中，RS-485总线实现了PLC通过变频器对切纸机速度链的控制。
19、PLC为传动控制的总指挥，利用PLC的软件部分实现对速度链的调节功能。速度链功能采用调节变比的控制方法来实现。通过构成任意分支的方式来控制速度链控制系统。如图12，主节点为图中的第一分部点，整个纸机的标准工作车速以这个速度为标准，设计中的整个纸机车速调节，便可以通个此速度的调节实现。 图12速度链控制系统原理图 在系统的PLC内，车速单元值的改变通过检测到的车速调节信号来实现，系统第一台控制器的运行速度的设定值就是1点处的速度值，就将信息送给第一台控制器去执行任务，同时第二台计算也接收此信息。第二台控制器的运行值即为第一分部的速度值乘以第二分部的变比，即bl/a。如若第二分部速度不达标准，表明
20、第二分部的变比值不符合要求，就需要利用减速、加速按钮完成对第二分部速度的改变，通过此过程就使b1得到了改变，变比也随之做了调整，实现生产的实际规格要求。上述调节过程类似于通过精度极高的齿轮变速箱对任意无级调速的实现。利用第二台变频器去执行接收到的图中含括的调速操作指令的速度值，并送到下一级，进行计算。按此方式类推，便组成了速度链控制系统通过参数的设定，因为PLC内部的传动变比精确度十分高，就可以使控制精度更高。此传动系统的核心控制器为PLC、PLC通过接收操作台的启/停机，加/减速，切长设定及校准等指令，并进行分析和处理从现场采集到的变频器的数据，之后变频器接收对各个对应的传动点的命令和给定。
21、PLC在切纸机传动系统中完成的主要功能为:(1)切长设定:设置切纸长度，即速度链被PLC控制进行过速比的调整，这里的速比为送纸辊和纸辊速度的比值，实现切纸长度的改变。(2)速度链的实现。在其分布式的传动过程中，各个相邻的传动点间的速度要按照一定的比例，只能本级和本级以后的各传动点才会在车速调整过程中受到相互的影响，前面各传动的速度不会受到干扰，这样便形成了速度链，简单轻松地完成各传动点的速度一致性。(3)单动/联动:按照要求的负荷对各传动点的单动/联动控制进行分配。(4)加/减速。当有此类信号时，速比在控制下进行自动地改变，利用速度链的工作特性，将速度传递给下一级。(5)报警。系统的变频器运行
22、错误时，会自动发出信号向上级控制中心即PLC报警，信号被接收后，PLC进行报警并停止程序的工作。PLC主要对变频器的速度设定和调节采取控制，即模拟、逻辑运算在其内部完成后，各传动点控制器便接收到信号，同时变频器的工作状态和报警等信号也发送到PLC。系统采用RS485,CAN总线，进行变频器和PLC之间的信息收发。本系统还设有人工的手动智能调节，即通过操作台的触摸屏，进行系统的控制。借助9针的通讯线可以实现它与PLC间的通讯连接。三相供电回路A,B,C，接地保护线即PE,N为零线。PLC的输出端子与变频器的DI1相接。各传动点速度的调节，即通过DI1，变频器接收到PLC的速度命令，之后PLC的输
23、出信号的改变实现。网络总线与每个PLC相连接。变频器进行起/停、切长校准、设定，速度减/增等控制，变频器工作状态的及时显示等功能都是操作台能够实现的功能。PLC通讯控制方式为从系统的主控方式。即以触摸屏操作控制的方法。设计采用的方式为数字设定频率，通过其显示面板上的频率减少和频率增加按键对变频器的运行频率按要求进行改变。电机的运行方向控制，电机的起动/停止控制等是此变频器需要实现的主要控制命令。4. 3电机转速信号采集与处理对电机转速的采集通常采用旋转编码器来实现。旋转编码器是将角位移变换为数字信号的光电感应旋转测量装置。它输出的高速脉冲信号，可以直接被PLC接收，每转输出一个Z相脉冲以代表零
24、位参考位。西门子226PLC自带的高速计数器能够识别旋转编码器输出的脉冲信号并对其进行技术。旋转编码器按照输出脉冲方式不同可以分为三种:三相输出(A,B,Z、两项输出(A,)和单相输出(只有A，本设计旋转单相输出的旋转编码器作为电机转速的测量装置。它与西门子226PLC的连接图如图13所示。 图13旋转编码器与PLC连接 编码器上引出的高速脉冲输出信号线直接与PLC的高速计数器相连。它引出的COM端线接到PLC的COM输入口和电压“一”端口。它可以直接采用外部的DC 24V电源，也可以与PLC上+24V端口相连接。针对有屏蔽线的旋转编码器要把它接地处理。5固化分站的硬件设计5.1控制对象和I/
25、0分配固化分站控制器采用西门子CPU226模块，扩展模块包括数字量混合模块EM223和模拟量混合模块EM 235各一个。控制对象是带动推板机、固化炉、抽风机、滚棒机、立板机、皮带等设备运行的三相异步电机和超音频感应加热电源。PLC通过检测限位开关和内部定时程序控制电机的起停和正反转，实现精确的过程控制。同时实时采集固化炉顶层、底层、四层、八层的红外温度传感器的信号，并在触摸屏上显示温度。CPU对采集的信号通过程序设定完成逻辑运算和模拟数学计算后，可以发送运行后的输出指令，实现分站系统对设备的控制。固化分站硬件结构如图14所示。 图3.14固化分站硬件结构固化分站的I/O分配如表5所示。表5固化
26、分站I/O配置表5.2温度信号采集与处理 固化分站涉及到的温度信号来自于安装在固化炉顶层、底层、四层和八层微型模拟量输出温度传感器。此温度传感器型号为Pt100一体化温度传感器，具备很好的抗震能力。Pt100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。它的阻值会跟着外界接触面的温度变化而变化，外界温度上升其阻值增长可视为一条直线。它本身带有4-20mA的模拟量输出，通过后续的放大器进行放大后传输给CPU处理后运算、显示。固化炉上安装的温度传感器量程为-50-250，满足生产技术要求。外加SV工作电压，满量程输出为20mA。由于PLC接收的电压模拟量输入的范围是0-5V，而压力传感器输出的电压信
27、号太小，不能达到AD的采样精度，所以还要对其做放大处理。压力信号处理电路如图15所示。传感器输出的正负差模信号分别接入左侧电阻8148端，由右侧PD4端输出PLC能够接收的0-5V模拟量。图15温度信号处理电路5.3温加热电源设计 经过真空加压振荡成型后的板材，需要在恒温90的固化炉中恒温定型，这就需要系统中加入加热源来为固化炉中的油提供恒定温度。这个加热源需要具备稳定、安全、可控的特点。 一、几种加热方式的分析比较 (1)电热丝加热的方式有非常大的缺陷，存在“漏电”的安全隐患。它的热阻大，电热丝非常容易因氧化反应而断裂，使用寿命不长。功率密度低，小于5瓦/平方厘米，大功率加热困难，维护成本高
28、。保持控温加热比较困难。无法实现超大功率加热，电热管数量多，故障率高，结构复杂，热能使用效率低。 (2)电汽加热虽然成本低，但是安全性是最大隐患，如果气压表口久失灵，会产生爆炸，造成人员伤害而且占用人力资源，必须要人盯着。热量分布不均，靠加热管近的的地方温度就高，最多可差10几度，易损件及耗材较多，相对来说故障率偏高。 (3)电磁感应加热方式提供热源，可控性高，不存在导热绝缘安全问题，功率密度不受限制，加热线圈结构简单，体积小，不存在老化寿命问题。能够实现恒温加热，采用这种加热方式效率非常高。采用电磁感应加热取代传统加热方式，一般节能率可达30%并大大节约维护成本。感应加热电源是一种非接触式的
29、新型内部热源加热方式。它的加热。速度快、成本低，是一种清洁的能源。较高的可控性使其在工业自动化生产中占据重要的位置。感应加热电源的功率密度高，满足系统的恒温加热技术需求。因此，选择感应加热电源作为固化炉的加热源。 二、感应加热电源工作原理感应加热原理是由产生的高频交变电流通过一段线圈，线圈内就形成了交变的高频磁场，将一段管道插入其中就会在管道的内壁产生感应电流，也就是涡流，由于这种交变的电流形成于管道内壁表面，产生肌肤效应，使管道局部瞬间温度升高，当有液体流过管道时，温度就传到到液体中起到迅速给液体加热的效果。有交变电流通过感应圈时，会引起线圈内交变磁通中量的变化。进而产生了一个电动势e。设其
30、等效匝数为Nz。则感应电动势: 三、超音频感应加热电源主电路设计感应加热电源主电路分为三部分，即整流电路，滤波电路，逆变电路。整流部分采用不空整流模块，选用集成的整流模块输出线性度好，控制简单方便，根据功率要求计算参数选型。滤波电路为提高供电质量和防止电网波动干扰冲击，保护逆变部分不受冲击影响烧毁器件，选用电容器和电感器组合的方式进行滤波。逆变电路根据实际负载要求，为方便控制和可靠工作选用串联谐振式逆变系统，逆变器采用双半桥连接方式，用以降低单只开关管流通电流，增加承载能力。如图16所示为电源的主电路图。 图16感应加热电源的主电路图 电源的主电路整流器采用不可控三相全桥式整流电路。三相进线输
31、入都有20A的保险丝，可防止短路电流冲击电网，对电网上的其他设备起到保护作用。并且每相都并联着一个压敏电阻，三个压敏电阻采用星型连接，以防止电网瞬时过压对设备后面电路的损坏，起到保护设备的作用。滤波部分采用LC滤波器。逆变器采用双IGBT并联单相半桥逆变电路，两个高频谐振电容C1, C2串入逆变电路作为槽路电容与IGBT构成逆变回路。通过串联谐振电路，原本恒定的直流电压被整合。新生成的方波电压直接输出给负载，频率为18kHz。感应加热电源的额定电压频率为三相交流380V/SOHz，感应加热电源输出功率:5-8kW(可调)，电源工作频率范围:16-23KHz，输出电流值:8- 10A。本次设计的
32、感应加热电源控制精度要求不高，并且采集量和控制功能并不复杂，考虑到设计成本等因素，选用三星S3F9454单片机来作为系统的控制核心，用来控制备的本地/远端启停，实时将采集温度、频率、电压、电流等模拟量信号并进行AD转化。PLC通过红外温度传感器采集固化炉的温度值，并进行计算，输出0-5V的电压模拟量给感应加热电源的控制系统的核心S3F9454单片机。通过单片机内部的A/D转换模块将此模拟量转换成数字量，并通过程序处理调节输出功率。6控制系统通信模块的设计与实现 CAS总线由于具有多主工作方式，现场总线技术解决了当前PLC通信网络通讯困难的难题，利用此类技术，依据优先权各站可进行总线访问的机制，
33、短帧结构不易受干扰，自动检错，无破坏性的总线仲裁技术，或由于出错而遭到破坏的帧可实现自动重发或发送期间若丢失仲裁等功能，适合组建PLC通信结构。基于以上因素，提出通过基于CAS总线的通信网关构建PLC通信的方案。此网络的结构如图17，计算机可以对总线上所有的PLC进行集中式监控，每台PLC拥有着平等的地位，凭借不同的通信网关，两台PLC之间可以任意主叫。由于CAN网关在通信过程中对硬件进行自动仲裁，这为每一次通信的数据安全提供了保障。 图17 CAN总线上多台PLC的网络结构图通过RS485转接到CAIN网关将PLC和上位机连接起来，组成了基于总线的PLC通信网络。CAIN总线上的多个从站PL
34、C通过CAIN总线实现与主站PLC的高速实时数据传输。RS485/232-CAN转换器如图18所示。 图18 RS485/232-CAN转换器市场上己经出现了许多集成完整CAIN通信协议的集成芯片，这些芯片通过连接一个MPU将CAIN接口模拟成一个RAM模块，使控制器可以透明地直接对外设写和读数据以 此转换器的RS232/485接口支持10种标准波特率，范围从600bps-bps。实现CAN总线与RS-232/RS-485的双向数据通讯，工作电源为直流+9V-+24V，内部集成DC 1000V电气隔离电路。7电源电路设计本系统的模拟量信号处理电路需要多组直流稳压电源为其供电。电路信号处理电路需
35、要12v电源;温度信号处理电路需要+5v和+12v电源;压力信号处理电路和通讯接口电路需要+3.3V和+5V电源，而普通的开关电源难以满足需要，本文设计了电源电路为它们供电，电源电路如图19所示。图19电源电路8电压信号采集与处理从电压互感器中输出的是交流电压，扰动较大，需对电压信号进行整流和滤波压信号处理电路如图20所示。不能直接连接到EM231模块的输入端，且使其达到EM231模块的输入要求，其电9电流信号采集与处理与电压信号的采集与处理类似，电流信号也需要进行调理才能为pLc所用，保证测量的准确性和稳定性。从电流互感器输出的电流信号经过电阻R1,R2和BAV99抗瞬变二极管(消除静电)，
36、变为交流电压信号，再经整流得到直流电压信号，最后经切比雪夫滤波得到稳定的直流电压信号，电流信号处理电路如图21所示。 图21电流信号处理电路10、闭锁控制的硬件设计 系统闭锁控制的功能，是在发生故障的时候，紧急完成系统自动停机的闭锁功能。在出现故障时现场人员按下闭锁按钮或拉掉沿线的6芯电缆，主控制器PLC将发出紧急停机命令，同时将闭锁位置显示在触摸屏上。急停开关外部端子连接框图如图22所示。闭锁按钮与闭锁开关的常开触点是一对联动触点，当按下闭锁按钮后常开触点闭合，单片机判断此信号并将闭锁位置通过CAN总线上传给PLC PLC通过MPI通信将发生闭锁的位置显示在触摸屏上。触摸屏画面可以很直观的显示哪个急停开关被按下，从而方便快速查找问题，使系统快速恢复。图 22 急停开关外部端了连接框图专心-专注-专业